城市水生態足跡模型的研究

摘 要：生態足跡模型是一種來評價可持續發展與利用的較好的方法，但在生態足跡模型中僅僅以漁業來評價水資源的使用，忽略了其他的功能。在分析生態足跡模型的基礎，根據水生態在城市生態系統中的應用，在生態足跡理論框架下，建立了水生態足跡帳戶。按照不同的應用特點，對水生態足跡進行細化。

關鍵詞：水生態足跡；生態足跡；可持續發展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.199

生態足跡理論是一種用來評價可持續發展的量化方法，目前隨著對可持續發展研究的深入，生態足跡理論成為國內研究的熱點。生態足跡模型由加拿大學者Wackernagle和Rees1997年提出的，目前已廣泛應用于對資源消費和承載力評估方面[1]。在Wackernagle建立的生態足跡模型中，六類賬戶均基于“生物生產“這個概念定義的，水域作為第六類帳戶生產功能僅僅以漁業生產來概括，這是不完善的。本文旨在生態足跡模型的基礎之上，對其生物生產性土地進行擴充，補充生態足跡理論關于水生態足跡的不足，進一步對生態足跡理論進行完善，以便更科學地評價社會環境與經濟的可持續發展。

1 研究方法

1.1 城市水生態足跡的內涵

城市水生態足跡以人類生產生活用水和城市最小生態需水量為出發點，用以評價維持城市人類社會經濟活動和城市內生命支持系統基本生態服務功能的水量與本地可更新水資源供給能力之間的差距[2]，以便估算流域或區域水代謝強度。將城市所使用的水生態足跡同城市可更新水資源供給能力相比較就會產生生態赤字或生態盈余。生態赤字表明該地區的水資源量超過了其水生態容量，城市水資源利用處于一種不健康的模式。如果基于生態服務功能的水量出現了赤字，則表明水生態足跡必出現赤字[3]。生態盈余則表明城市的水資源利用處于相對健康的模式。國內已有一些專家學者開始城市水生態足跡進行研究[4]。

1.2 生態足跡模型

生態足跡定義為：任何已知人口（某個個人、一個城市或一個國家）的生態足跡為生產這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢棄物所需要的生物生產面積[5]。生態足跡的一般計算模型為：

其中，i為消費商品或生產生物的類型；cci為第i種消費商品的生產足跡；aci為第i種消費商品的消費總量；pi為第i種商品的生物生產單位面積產量；wi為第i種消費品或生物資源土地類型生產力權值；EF為某一地區的生態足跡總量。

1.3 生態承載力與水生態承載力

生態承載力可以看成是承載力在生態學中的應用。其概念可以分成狹義和廣義兩種。廣義的是指保持原有結構和穩定性前提下，生態系統對干擾的承受能力。包括自然和人類兩種干擾。而狹義的生態承載力主要指生態系統對人類活動干擾的承受能力。而水生態承載力是指水生態系統對人類的生產生活等活動的承受力。城市水生態系統承載力是將這一地區地表水、地下水及回用污水扣除重復計算量即是該地區的水資源總量。有些專家研究認為一個國家或地區的水資源開發利用超過30%-40%[6]，則可能引起生態環境的惡化。這種計算承載力的方法太過“消極”[7]。本文按世界環境與發展委員會的報告《我們共同的未來》建議，生態供給中扣除12%的生物生產土地面積用以保護生物多樣性。

水生態承載力計算公式如下：

其中，N為人口數，rj為水資源全球均衡因子，Wt為該地區水資源總量，pi為水域平均產水量， 為水資源用地產量因子。

2 水生態足跡計算模型賬戶建立及計算模型

水生態足跡通?？梢詣澐譃椋旱鷳B足跡（包括生活用水和生產用水） 、水產品生態足跡、水污染生態足跡[8]。根據生態足跡的描述，水生態足跡將和其他的各個帳戶一樣，將消耗的水資源量轉換成相應的可相互比較的水生態用地面積。根據生態足跡法建立水生態足跡賬戶，將水生態足跡賬戶劃分為水產品生態足跡、淡水生態足跡和水污染生態足跡三個部分。

2.1 水產品生態足跡

在生態足跡模型中，被定義的水資源用地面積的衡量僅僅以水產品-漁業這一單一的指標作為評價。被細化后的水生態足跡模型中，水產品作為其中的一個賬戶，計算公式如下：

式中： 為總的水產品生態足跡；為人均水產品生態足跡； N 為總人口； Ci 為水產品人均消費量；為區域平均水域面積生產能力； 指生態生產性土地類型中的水域；為均衡因子。

2.2 淡水生態足跡的計算公式

淡水生態足跡包括生產、生活和生態用水三個方面。城市淡水生態足跡不僅包括居民的直接生活用水還包括用于經濟生產活動所消耗的淡水資源。城市淡水水生態足跡的計算公式如下：

其中，為淡水生態足跡，為總人口數，為均衡因子。為區域平均水域面積生產能力；

其中，為城市生態用水，為人類生活用水量，為城市生產用水。生活用水包括城鎮居民生活用水和農村居民生活用水。生產用水包括第一產業用水含農業、林業、畜牧業用水、魚塘補水和農村牲畜用水，第二產業用水含工業用水和建筑業用水、第三產業用水含商飲業用水和服務業用水，生態環境用水分河道內外用水，河道外用水包括城市環境用水和濕地補水等，河道內用水為改善江河湖泊水環境進行的調配水量等。

2.3 污染物稀釋凈化用水足跡

污染物凈化用水足跡指的是消納城市生產過程中產生的超出城市水體承受能力的污染物而不斷對水資源的需求過程。為提高河湖稀釋凈化污染物的功能，使水質達到用水的最高標準，需人工補充額外的清潔水。鑒于這部分資料統計數據的缺失，因此對水污染生態足跡進行準確的衡量具有很大的不確定性，本文不予討論。

3 主要參數估計

3.1 水資源均衡因子r

在生態足跡模型中，由于各類生物生產性土地單位面積生產力差異較大，為了使計算結果轉化為一個可以比較的標準，給各類生物生產面積乘以一個等價因子，以轉化為可以相互比較的生物生產性面積。

假定全球水資源產量因子為1，則區域水資源產量因子r為該區域水資源平均生產能力與全球水資源平均生產能力的比值，本文取黃林楠等根據WWF2002 計算的水資源均衡因子作為計算值。

水域1為漁業 水域2為水資源均衡因子。

3.2 平均生產能力

在水文學中，平均產水模數的概念為計算時段內為地表水資源量與地下水資源量中扣除重復計算量除以計算區域的面積，公式如下：

式中，V 為計算時段內區域的水資源總量（m3 ） ； S 為計算區域的面積（ hm2 ） ； p為計算時段內的平均產水模數（m3·hm- 2 ） 。據世界資源研究資料，世界每年再生性水資源總量約42 ×104億m3 ，但專家們認為其中穩定徑流量只有14 ×104億m3 ，而5×104億m3流經沙漠無法利用，因此實際可以利用的河川徑流量為9 ×104億m3 ，其中還必須要有充足的水量留在江河湖泊中保持健康的生態系統，因此每年實際可供開發利用的水資源量僅僅只有3.24 ×104億m3。

3.3 水資源產量因子

在生態足跡模型中，通過用產量因子參數的計算方法，將不同類型生物生產性土地轉化成可以相互比較的土地面積。水資源產量因子是根據全球水資源平均生產能力確定的。

計算公式如下：

其中，為水資源產量因子，V為研究區域單位面積產水量，Vg為全球單位面積產水量。將全球水資源產量因子假設為1，按所研究區域的水資源產量確定該地區水資源產量因子。

4 結語

通過對水生態足跡模型研究，可以度量人口對水生態的利用情況。根據計算數據區域水生態足跡如果超出所能提供的水生態承載力，就出現生態赤字，如果小于區域的水生態承載力，則表現生態盈余。我們通過水生態足跡分析的指標可以衡量該區域的可持續性程度，從空間、時間二維的可持續性程度做出度量和比較，使人們能明確知曉現實距離可持續性目標尚有多遠，從而有助于確定和監測可持續方案實施的效果。

參考文獻：

[1]董澤琴，孫鐵珩.生態足跡研究-遼寧省生態足跡計算分析[J].生態學，2004，24（12）：2735-2739.

[2]姜翠玲，范曉秋.城市生態環境需水量的計算方法[J].河海大學學報（自然科學版），2004，32（01）：14-17.

[3]劉鑫，雷宏軍等.基于生態需水量的城市水生態足跡的研究[J].人民黃河，2008，30（06）：41-43.

[4]周文華，張克鋒，王如松.城市水生態足跡研究———以北京市為例[J].環境科學學報，2006，26（09）：1524-1531.

[5]徐中民，陳東景，張志強.中國1999年生態足跡分析[J].土壤學報，2002，39（03）：441-4455.

[6]金書秦，王軍霞，宋國軍.生態足跡法研究述評[J].環境與可持續發展，2009（04）：26-28.

[7]吳志峰，胡永紅，李定強等.城市水生態足跡變化分析與模擬[J].資源科學，2006，28（05）：152-156.

[8]黃林楠，張偉新，姜翠玲等.水資源生態足跡計算方法[J].生態學報，2008，28（03）：1279-1285.

作者簡介：劉翠翠（1983-），女，遼寧錦州人，碩士研究生，初級實驗師，主要研究方向：實驗室管理及儀器分析教學方向。